JP2007099005A - Torque detection device and electric power steering device using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は回転体に加わるトルクを検出するトルク検出装置、及びトルク検出装置と操舵補助用の電動モータとを備える電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a torque detection device that detects torque applied to a rotating body, and an electric power steering device that includes a torque detection device and an electric motor for assisting steering.
トルク検出装置としては、例えば特許文献1に記載されている。特許文献1のトルク検出装置は、トーションバーにより連結された入力軸及び出力軸を有する回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに軸線方向へ離隔して並置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める二つの集磁環と、各集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備えている。
As a torque detection apparatus, it describes in
このように構成されたトルク検出装置は例えば車両用の電動パワーステアリング装置に組込まれている。電動パワーステアリング装置は前記入力軸がステアリングホイールに繋がる前記回転体と、該回転体を収容支持する筒形のハウジングと、前記出力軸に減速機構を介して繋がる操舵補助用の電動モータと、該電動モータの駆動回路及び前記検出部に接続され、マイクロプロセッサを用いてなる制御部とを備えており、ステアリングホイールを操舵することにより入力軸に加わるトルクを前記トーションバーに生じる捩れによって検出部が検出し、検出トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御するように構成されている。 The torque detection device configured as described above is incorporated in, for example, an electric power steering device for a vehicle. The electric power steering apparatus includes the rotating body in which the input shaft is connected to a steering wheel, a cylindrical housing that accommodates and supports the rotating body, an electric motor for steering assistance that is connected to the output shaft through a speed reduction mechanism, A drive unit of an electric motor and a control unit connected to the detection unit and using a microprocessor, and the detection unit is caused by a twist generated in the torsion bar by applying torque to the input shaft by steering a steering wheel. The electric motor is detected and driven based on the detected torque.
また、トルク検出装置の前記ハウジングへの組込みは、ハウジングの一端から内部にトルク検出装置の全体が挿入され、該内部に固定される。
ところが、特許文献1のように構成されたトルク検出装置にあっては、トルク検出装置の全体がハウジングの内部に挿入され、ハウジングの内部で固定されるため、トルク検出装置をハウジング内の適正位置に固定する作業が行い難いと言う問題があり、改善策が要望されていた。
However, in the torque detection device configured as in
図10は改善したトルク検出装置を備えた電動パワーステアリング装置の一部を拡大した断面図である。そこで、本発明の出願人は集磁環100及び検出部101を保持した環部102と、該環部102の径方向一側に突設された取着部103と、該取着部103の先端に周設されたフランジ104とを有する保持環105を備えたトルク検出装置を開発した。そして、電動パワーステアリング装置のハウジング106には、径方向に貫通する貫通孔107と、該貫通孔107の孔縁に連なる環状溝108とを設け、該環状溝108に防水用のOリング109を嵌入することにより、トルク検出装置をハウジング106の径方向から前記貫通孔107に挿入し、Oリング109を環状溝108とフランジ104との間で挟み込んだ後、フランジ104を小ねじによりハウジング106に固定するようにした。
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a part of the electric power steering apparatus provided with the improved torque detection device. Therefore, the applicant of the present invention provides a
このように構成された場合、トルク検出装置の固定作業性を改善できる。しかし、保持環105の取着部103に環状のフランジ104が突設されているため、保持環105が嵩高になり、複数個を搬送する場合の搬送性が悪くなる。また、フランジ104の長さ分だけハウジング106の軸線方向長さが長くなるため、二次衝撃エネルギを吸収することが可能なコラムをハウジング106に装着してなる電動パワーステアリング装置にあっては、エネルギ吸収ストロークがフランジ104の長さ相当分だけ短くなる。
When comprised in this way, the fixed workability | operativity of a torque detection apparatus can be improved. However, since the
エネルギ吸収ストロークはできるだけ長く確保して自動車の前面衝突時における衝突安全性をより一層高めるのが好ましい。しかし、電動パワーステアリング装置の車体への装着位置は車種により必然的に決まるため、ハウジング106の軸線方向長さが長くなると、ハウジング106の一端に嵌合固定された下部コラムに対して、該下部コラムに軸線方向への移動を可能に嵌合された上部コラムを移動させて二次衝撃エネルギーを吸収するとき、上部コラムの下部コラムに対する移動量(エネルギー吸収ストローク)が短くなる。
It is preferable to ensure the energy absorption stroke as long as possible to further improve the collision safety at the time of a frontal collision of the automobile. However, since the mounting position of the electric power steering device on the vehicle body is inevitably determined by the vehicle type, when the axial length of the
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は、全体を嵩低にでき、複数個を搬送する場合の搬送性を良好にできるトルク検出装置、及びエネルギ吸収ストロークをより一層長くすることができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a main object of the present invention is to further provide a torque detection device and an energy absorption stroke that can reduce the overall volume and improve the transportability when transporting a plurality. An object of the present invention is to provide an electric power steering device that can be lengthened.
第1発明に係るトルク検出装置は、トルクが加えられる回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環と、該集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部と、前記集磁環及び前記検出部を保持し、且つ外周部に静止物に取着される取着部を有する保持環とを備えるトルク検出装置において、前記保持環は軸線方向の両端面をほぼ平行としてあり、前記取着部に、該取着部と前記静止物との間の隙間を封止すべき封止環が嵌入される嵌入溝を有することを特徴とする。 A torque detector according to a first aspect of the present invention is disposed around the outer periphery of a magnetic circuit forming member provided on a rotating body to which torque is applied, and a magnetic flux collecting ring for collecting magnetic flux generated by the magnetic circuit forming member, and the magnetic flux collecting device A detection unit that detects torque applied to the rotating body based on the density of magnetic flux collected by the ring, and an attachment unit that holds the magnetism collection ring and the detection unit and is attached to a stationary object on the outer peripheral portion And a holding ring having both end faces in the axial direction substantially parallel to each other, and seals a gap between the attachment portion and the stationary object at the attachment portion. It has an insertion groove into which the power sealing ring is inserted.
第2発明に係るトルク検出装置は、前記取着部は、前記両端面間にフランジを有することを特徴とする。 The torque detector according to a second aspect is characterized in that the attachment portion has a flange between the both end faces.
第3発明に係る電動パワーステアリング装置は、第1発明又は第2発明に記載されたトルク検出装置と、前記回転体を収容支持する円筒部を径方向に貫通する貫通孔を有し、該貫通孔に前記保持環が嵌め込まれた状態で前記取着部が取着されたハウジングと、前記回転体に繋がる操舵軸と、前記トルク検出装置が検出したトルクに基づいて操舵補助用の電動モータを駆動する制御部と、前記電動モータの回転力を舵取機構に伝動する伝動手段とを備えることを特徴とする。 An electric power steering device according to a third aspect of the present invention includes the torque detection device according to the first aspect of the invention or the second aspect of the invention, and a through hole that penetrates the cylindrical portion that accommodates and supports the rotating body in the radial direction. A housing in which the attachment portion is attached in a state where the holding ring is fitted in the hole, a steering shaft connected to the rotating body, and an electric motor for assisting steering based on the torque detected by the torque detection device. It is characterized by comprising a controller for driving and a transmission means for transmitting the rotational force of the electric motor to the steering mechanism.
第4発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に繋がる上部コラムと、該上部コラムに軸線方向への相対移動を可能に嵌合され、下端が前記ハウジングの一端に嵌合固定された下部コラムとを備え、前記操舵軸を前記上部コラム及び下部コラムに収容してあることを特徴とする。 An electric power steering apparatus according to a fourth aspect of the present invention is an upper column connected to a steering member, and a lower column that is fitted to the upper column so as to be capable of relative movement in the axial direction, and whose lower end is fitted and fixed to one end of the housing. The steering shaft is accommodated in the upper column and the lower column.
第1発明によれば、取着部を有する保持環の両端面がほぼ平行になっており、しかも、該両端面で且つ前記取着部に嵌入溝を有するため、保持環の嵩を低くできる。従って、複数個を搬送する場合の搬送性を高めることができる。 According to the first aspect of the present invention, both end faces of the holding ring having the attachment portion are substantially parallel, and the both end faces and the attachment portion have fitting grooves, so that the volume of the holding ring can be reduced. . Accordingly, it is possible to improve the transportability when transporting a plurality.
第2発明によれば、保持環の両端面がほぼ平行であるに拘らず前記両端面間のフランジにより容易に固定することができる。 According to the second aspect of the invention, it is possible to easily fix the holding ring by the flange between the both end faces regardless of whether the both end faces are substantially parallel.
第3発明によれば、保持環のフランジの長さ分だけハウジングの軸線方向長さを短くすることができるため、二次衝撃エネルギを吸収することが可能なコラムをハウジングに装着する場合、前記フランジ相当分だけエネルギ吸収ストロークを長くすることができる。また、保持環に嵌入溝が設けられているため、保持環が成形されるとき、前記嵌入溝を成形することができるのに対し、ハウジングには嵌入溝を設ける必要がなく、ハウジングのコストを低減できる。 According to the third invention, since the axial length of the housing can be shortened by the length of the flange of the retaining ring, when the column capable of absorbing the secondary impact energy is mounted on the housing, The energy absorption stroke can be lengthened by an amount corresponding to the flange. In addition, since the insertion groove is provided in the holding ring, when the holding ring is formed, the insertion groove can be formed. On the other hand, the housing does not need to be provided, and the cost of the housing is reduced. Can be reduced.
第4発明によれば、保持環のフランジの長さ分だけ下部コラムと上部コラムとの相対移動量を長くできるため、エネルギ吸収ストロークを長くでき、自動車の前面衝突時における衝突安全性を高めることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the amount of relative movement between the lower column and the upper column can be increased by the length of the flange of the retaining ring, so that the energy absorption stroke can be increased, and the collision safety at the time of a frontal collision of the automobile is improved. Can do.
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図1は本発明に係るトルク検出装置の構成を示す断面図、図2はトルク検出装置の構成を示す斜視図、図3は模式的分解斜視図、図4は回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a torque detection device according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the torque detection device, FIG. 3 is a schematic exploded perspective view, and FIG. 4 is a diagram showing a rotating body rotated in one direction. It is explanatory drawing of the magnetic circuit which generate | occur | produces in a case.
トルク検出装置Aは、トーションバー1により同軸的に連結された第1の回転体2及び第2の回転体3が有する磁気回路形成部材4の外周りに、軸線方向へ離隔して配置され該磁気回路形成部材4が発生した磁束を集める2つの集磁環5,5と、各集磁環5,5が集めた磁束の密度に基づいて第1の回転体2に加わったトルクを検出する検出部6と、集磁環5,5及び検出部6を保持し、且つ外周部にハウジング等の静止物に取着される取着部を有する保持環7と、検出部6に導線8により接続された検出回路基板9とを備えている。尚、磁気回路形成部材4は、第1の回転体2の外周部に取着された複数の永久磁石41と、該永久磁石41の外周りに配置され、第2の回転体3に外嵌固定された2つの磁性環42,42とからなる。
The torque detection device A is arranged on the outer periphery of the magnetic
永久磁石41は周方向にN極とS極とが交互に着磁された多極着磁のリングになっており、第1の回転体2の外周部に外嵌固定されている。
The
磁性環42,42は第2の回転体3の軸線方向に離隔して向き合う2つの環板部42a,42a及び環板部42a,42aの内周部から互いに接近する方向へ延出された複数の櫛歯42b,42bを有しており、永久磁石41と相対回転することにより磁性環42,42間の磁束密度が変化するように構成されている。また、櫛歯42b,42bは周方向に交互に噛み合うように等間隔に配置されており、櫛歯42b,42bが交互に噛み合う状態で磁性環42,42が合成樹脂材料によりモールドされ、モールド体になっている。
The
集磁環5,5は周方向の1個所から径方向外側へ延出され、前記検出部6の両側に配置された凸片51,51を有する円筒形をなしており、凸片51,51に磁束が集まるように構成されている。また、集磁環5,5は鉄板等の磁性板を成形してなる。
The magnetism collecting
保持環7は集磁環5,5の内周面に対応する貫通孔71aを有する環部71と、該環部71の外周部から径方向外方へ延出され、収容部72a及び取着部72bを有する有底の角筒部72とを有しており、合成樹脂材料により成形されている。角筒部72の外周部にはフランジ72c,72cを有する取着部72bが設けられている。
The
保持環7の軸線方向の両端面7a,7bはほぼ平行になっており、両端面7a,7b間の周面は略U字形をなしており、この周面の周方向両端部、換言すれば、両端面7a,7b間の両側部7c,7cに、小ねじ挿通用の挿通孔72d,72dを有するフランジ72c,72cが突設されており、該フランジ72c,72cの基部から取着部72bの全周に亘って環状の嵌入溝73が設けられている。この嵌入溝73には、取着部72bと前記静止物との間の隙間を封止すべきOリングからなる封止環10が嵌入されている。また、嵌入溝73は保持環7の成形時に成形される。
Both
貫通孔71a及び収容部72aは連通孔71bにより連通しており、環部71には集磁環5,5が内嵌固定され、該集磁環5,5の凸片51,51が連通孔71bに配置されている。収容部72aには、検出回路基板9が小ねじにより取付けられており、また、角筒部72の外部への開口端には基板9からの導線が取り出される蓋体11が小ねじ等により取付けられる。
The through hole 71a and the accommodating portion 72a communicate with each other through a
検出部6は磁界の作用により電気的特性(抵抗)が変化するホール素子からなり、集磁環5,5の凸片51,51間に発生する磁束密度の変化に応じて検出信号が変わるように構成されており、検出信号は検出回路基板9に与えられる。尚、検出部6はホール素子である他、磁気抵抗効果素子(MR素子)等、磁界の作用により電気的特性(抵抗)が変化する感磁素子であればよく、ホール素子に制限されない。
The
図5はトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた例を示す一部の拡大断面図、図6はトルク検出装置のハウジングとの関係を示す斜視図、図7はハウジングへの組込方法を示す説明図、図8はトルク検出装置部分の断面図、図9は電動パワーステアリング装置の全体の断面図である。 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing an example in which the torque detection device is used in an electric power steering device, FIG. 6 is a perspective view showing a relationship between the torque detection device and a housing, and FIG. 7 is a method for assembling the housing into the housing. FIG. 8 is a cross-sectional view of the torque detection device portion, and FIG. 9 is a cross-sectional view of the entire electric power steering device.
以上のように構成されたトルク検出装置Aは例えば車両用の電動パワーステアリング装置に用いられる。この電動パワーステアリング装置は、その上端が操舵部材に繋がり、下端が第1の回転体2に繋がる操舵軸20及び該操舵軸20にトーションバー1により同軸的に連結された伝動軸21(第2の回転体3)と、第1の回転体2及び伝動軸21を取り囲み、3つの軸受22,23,24により第1の回転体2及び伝動軸21を回転自在に支持するハウジング25と、該ハウジング25に取着された操舵補助用の電動モータ26と、該電動モータ26の駆動軸の回転力を出力軸21に伝動する減速機構27と、トルク検出装置Aと、該トルク検出装置Aの検出回路基板9及び電動モータ26の駆動回路に接続されるマイクロプロセッサを用いてなる制御部28、ハウジング25の上端にその下端が外嵌され、操舵軸20を収容する下部コラム29と、該下部コラム29に軸線方向への相対移動を可能に外嵌され、操舵軸20を収容支持する上部コラム30とを備えている。
The torque detection device A configured as described above is used, for example, in an electric power steering device for a vehicle. This electric power steering device has a steering
車体に取着される静止物としてのハウジング25は上端に結合筒部25aを有し、第1の回転体2及び伝動軸21を取り囲む円筒部25bと、該円筒部25bの外周部一個所に突設され、保持環7を取着するための取着座25cと、該円筒部25bを径方向に貫通し、集磁環5,5を円筒部25b内に配置するための断面矩形をなす貫通孔25dと、該貫通孔25dに連なり、保持環7の環部71に対応して湾曲する嵌合溝25eとを有する。取着座25cはフランジ72c,72cと対向する二つの位置に配してあり、該取着座25cに夫々一つのねじ孔25f,25fが設けられており、フランジ72c,72cの挿通孔72d,72dに挿通される小ねじ12をねじ孔25f,25fに螺着することにより保持環7がハウジング25に取着される。
A
結合筒部25aは貫通孔25dの近傍に配されており、内側に軸受22が内嵌固定され、外側に下部コラム29が外嵌固定されている。
The coupling cylinder portion 25a is disposed in the vicinity of the through hole 25d, and the
下部コラム29と上部コラム30との嵌合部間には、円筒形をなし、二次衝撃エネルギを吸収するための衝撃エネルギ吸収部材31が設けられており、上部コラム30の上端には操舵軸20を支持する軸受32が嵌合保持されている。また、操舵軸20には軸受32の上面に当接する伝動環33が固定されており、操舵軸20に加わる二次衝撃エネルギを、伝動環33及び軸受32から上部コラム30に伝動し、衝撃エネルギ吸収部材31により吸収しつつ上部コラム30を下部コラム29に対して軸線方向へ移動させるように構成されている。
Between the fitting portions of the
保持環7はハウジング25の円筒部25bを径方向に貫通する貫通孔25dから円筒部25b内に環部71を挿入し、該環部71を嵌合溝25eに係合させることにより、集磁環5,5の円筒部25b内での位置を決め、封止環10が貫通孔25dの開口縁側内面に接触して封止し、保持環7のフランジ72c,72cが取着座25cに取着される。この保持環7を取着した後、第1の回転体2及び伝動軸21がハウジング25の軸線方向から円筒部25b内に挿入され、永久磁石41及び磁性環42が集磁環5,5の内側に配置される。
The retaining
なお、操舵軸20は衝撃エネルギ吸収部材34により軸線方向へ相対移動を可能に連結された上部軸20a及び下部軸20bを有しており、上部軸20aに加わる二次衝撃エネルギを衝撃エネルギ吸収部材34により吸収しつつ上部コラム30を下部コラム29に対して軸線方向へ移動させるように構成されている。
The steering
以上のように構成された電動パワーステアリング装置は、トルク検出装置Aの保持環7の軸線方向の両端面がほぼ平行であり、該両端面で且つ取着部72bに嵌入溝73が設けられ、該嵌入溝73に封止環10が嵌入されているため、ハウジング25の貫通孔25dに封止用の嵌入溝を設けることなく、保持環7の取着部72bを封止環10により封止することができる。しかも、ハウジング25の貫通孔25dには封止用の嵌入溝を設ける必要がないため、ハウジング25の一端と段部との間の距離Hを、ハウジング25に嵌入溝が設けられ、周設したフランジとの間で封止環を挟持していたものに比べて短かくすることができる。従って、上部コラム30の下部コラム29に対する軸線方向への移動量(エネルギー吸収ストローク)Sを、ハウジング25に嵌入溝が設けられ、周設したフランジとの間で封止環を挟持していたものに比べて長くでき、自動車の前面衝突時における衝突安全性をさらに高めることができる。また、封止用の嵌入溝をハウジング25に設ける必要がないため、ハウジング25のコスト、ひいては電動パワーステアリング装置のコストを低減できる。
In the electric power steering device configured as described above, both end surfaces in the axial direction of the holding
また、電動パワーステアリング装置は、操舵部材を操作することにより操舵軸20に加わる回転トルクをトーションバー1に生じる捩れによって検出部6が検出し、検出トルクを検出回路基板9で電圧信号に変換した後、制御部28に加えられ、該制御部28から出力される指示信号により電動モータ26が駆動制御され、減速機構27を介して伝動軸21が回転する。
Further, in the electric power steering apparatus, the
尚、本発明に係るトルク検出装置Aは、電動パワーステアリング装置に使用する他、電動パワーステアリング装置以外の装置に使用してもよい。 In addition, you may use the torque detection apparatus A which concerns on this invention for apparatuses other than an electric power steering apparatus other than using an electric power steering apparatus.
A トルク検出装置
2 第1の回転体(回転体)
3 第2の回転体(回転体)
4 磁気回路形成部材
5 集磁環
6 検出部
7 保持環
72b 取着部
72c フランジ
73 嵌入溝
10 封止環
20 操舵軸
21 伝動軸(伝動手段)
25 ハウジング(静止物)
25b 円筒部
25d 貫通孔
26 電動モータ
28 制御部
29 下部コラム
30 上部コラム
A
3 Second rotating body (rotating body)
DESCRIPTION OF
25 Housing (stationary object)
25b Cylindrical part 25d Through
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